İyon kanalları bir hücrenin zar potansiyelini korur. Çoğu hücre için, özellikle uyarılabilir olanlar için, iç kısım, pozitif iyonlardan daha fazla sayıda negatif iyon nedeniyle hücrenin dışından daha fazla negatif yüke sahiptir. Ateşleme nöronları, kasılan kas hücreleri veya duyusal dokunma hücreleri gibi uyarılabilir hücreler için, zar potansiyeli, negatif bir zar potansiyelinden daha pozitif olana doğru hızla değişebilmelidir. Bunu başarmak için hücreler iki tür iyon kanalına güvenirler: ligand kapılı ve voltaj kapılı.

İyonotropik reseptörler olarak da adlandırılan ligand kapılı iyon kanalları, bir kanal oluşturan ancak aynı zamanda bir bağlanma yerine sahip olan transmembran proteinlerdir. Bir ligand yüzeye bağlandığında iyon kanalını açar. Yaygın iyonotropik reseptörler arasında NMDA, kainate ve AMPA glutamat reseptörleri ve nikotinik asetilkolin reseptörleri bulunur.   İyonotropik reseptörlerin çoğu, glutamat veya asetilkolin gibi nörotransmiterlerin hücre dışı bağlanmasıyla aktive olurken, birkaçı da iyonların kendileri tarafından hücre içinde aktive edilebilir.

Glutamat veya asetilkolin gibi bir ligand, reseptörüne bağlandığında, sodyum (Na ⁺ ) ve kalsiyum (Ca ²⁺ ) iyonlarının hücrelerin içine akışını sağlarlar. Pozitif iyonlar veya katyonlar, daha pozitif hücre dışı yüzeyden daha az pozitif (daha negatif) hücre içi yüzeye doğru hareket ederek elektrokimyasal gradyanlarını takip eder. Bu, reseptörün yakınındaki zar potansiyelini değiştirir ve daha sonra hücre boyunca zar potansiyelindeki değişikliği yaymak için yakındaki voltaj kapılı iyon kanallarını etkinleştirebilir.

Başka bir ligand kapılı iyon kanalı olan GABA _A reseptörü, hücrelere klorür iyonunun (Cl ^— ) girmesine izin verir. Bu aslında zar potansiyelini düşürür, çoğalma etkilerini sınırlar ve uyarılabilir hücreyi engeller.

Voltaj kapılı iyon kanalları, komşu ligand kapılı bir iyon kanalı açıldığında olduğu gibi, membran potansiyelindeki değişikliklere yanıt olarak açılır veya kapanır. Seçici geçirgenliğe sahip birkaç farklı voltaj kapılı kanal türü vardır, yani iyonlar boyut ve yüke göre filtrelenir. Voltaj kapılı kalsiyum kanalları, kas kasılması ve nörotransmiter salınımı için önemlidir. Potasyum kanalları, bir aksiyon potansiyelinden sonra hücre zarını yeniden kutuplaştırmak için çalışır. Voltaj kapılı proton kanalları, hücreden protonları uzaklaştırmak için depolarizasyon sırasında açılır.

İyon kanalları migren baş ağrısında rol oynayabilir. Dura mater, beyin için koruyucu bir örtüdür. Birkaç kraniyal sinir tarafından innerve edilir. Migrenin bu sinirlerden kaynaklandığı varsayılmaktadır. Dura mater’deki hem ligand hem de voltaj kapılı iyon kanalları, membran potansiyellerini değiştirerek ağrı sinyallerini güçlendirebilir.